Ngoài ra module còn được thiết kế tích hợp sẵn LED, photodectector và mạch khuếch đại tín hiệu, giúp đơn giản hoá việc thiết kế mạch, hơn nữa module tiêu thụ năng lượng rất thấp và có th
NỘI DUNG
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
trong việc đo nhịp tim và nồng độ oxy trong máu Điều này giúp em hiểu rõ hơn về yêu cầu kỹ thuật và các giải pháp khả thi.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
đo với các thành phần chủ yếu như cảm biến, vi điều khiển, và giao diện hiển thị Quá trình thiết kế này cũng bao gồm việc lựa chọn các linh kiện phù hợp, tính toán mạch điện và thiết kế PCB.
PHÁT TRIỂN VÀ THỬ NGHIỆM
ráp và thử nghiệm thiết bị Quá trình thử nghiệm bao gồm kiểm tra tính chính xác, độ nhạy và độ ổn định của thiết bị trong các điều kiện khác nhau Kết quả thử nghiệm được ghi nhận và phân tích để đưa ra các điều chỉnh cần thiết.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
hướng phát triển trong tương lai
Báo cáo này sẽ trình bày chi tiết các giai đoạn trên, từ việc nghiên cứu, thiết kế đến phát triển và thử nghiệm sản phẩm Em hy vọng rằng, với những nỗ lực và kiến thức đã tích lũy được, sản phẩm cuối cùng sẽ đáp ứng được các tiêu chí về hiệu quả, chi phí và tiện ích, góp phần nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe
Em xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ và góp ý từ thầy Vũ Sinh Thượng và các bạn đồng nghiệp trong suốt quá trình thực hiện đồ án này
Em lựa chọn module cảm biến MAX30102 cho đồ án này bởi trên thị trường hiện nay MAX30102 đáp ứng được rất nhiều tiêu chí để thực hiện sản phẩm có độ chính xác cao, giá thành rẻ Ngoài ra module còn được thiết kế tích hợp sẵn LED, photodectector và mạch khuếch đại tín hiệu, giúp đơn giản hoá việc thiết kế mạch, hơn nữa module tiêu thụ năng lượng rất thấp và có thể giao tiếp dễ dàng với vi điều khiển qua giao thức I2C
Module này tích hợp một IC cao cấp MAX30102 (phiên bản nâng cấp của
MAX30100) từ Analog Devices, được sử dụng để đo nồng độ oxy (SpO2) và nhịp tim (HR) Nó kết hợp hai đèn LED, bộ tách sóng quang, và quá trình xử lý tín hiệu Analog với độ nhiễu thấp để phát hiện các tín hiệu SpO2 và HR
Mặt sau của module có hai đèn LED, bao gồm một đèn LED đỏ và một đèn LED hồng ngoại Phía bên kia là bộ tách sóng quang cực kỳ nhạy Cách hoạt động là cảm biến sẽ chiếu ánh sáng từ một đèn LED duy nhất vào cơ thể, sau đó ánh sáng phản xạ từ module và dựa trên thông tin thu được có thể đo nồng độ oxy trong máu và nhịp tim
Module sử dụng giao tiếp I2C, thông qua hai dây truyền dữ liệu SDA và SCL để giao tiếp với Vi xử lí ESP32 Địa chỉ I2C mặc định là: 0xAE HEX (cho thao tác ghi) và 0xAF HEX (cho thao tác đọc)
Dòng điện ~600μA (trong lúc đo)
~0.7μA (trong lúc ở chế độ chờ) Bước sóng LED đỏ (RED LED) 660nm
Bước sóng LED hồng ngoại (IR LED) 880nm
Nhiệt độ hoạt động -40˚C tới +85˚C
Cảm biến nhịp tim và oxy trong máu MAX30102 hoạt động dựa trên nguyên lý phát hiện ánh sáng hấp thụ bởi máu trong các mô và mạch máu MAX30102 sử dụng công nghệ phản xạ ánh sáng hồng ngoại (IR) và ánh sáng đỏ để đo lường nồng độ oxy (SpO2) và nhịp tim (HR) của người dùng
Figure 2: Nguyên lý hoạt động module MAX30102
Cảm biến được tích hợp các đèn LED hồng ngoại và đèn LED đỏ, cùng với một bộ lọc quang để tạo ra ánh sáng phù hợp để xuyên qua da và mô màu đỏ Đèn LED hồng ngoại thẩm thấu sâu vào da, trong khi đèn LED đỏ thẩm thấu xa hơn Khi ánh sáng được chiếu qua da, nó sẽ gặp phản xạ từ máu chảy trong các mạch máu dưới da
Figure 3: Tín hiệu module thu được khi đo
Cảm biến sử dụng photodiodes để đo lượng ánh sáng phản xạ từ máu Các photodiodes nhận tín hiệu ánh sáng và chuyển đổi chúng thành dữ liệu Analog Sau đó, dữ liệu này được khuếch đại và chuyển đổi thành dữ liệu kỹ thuật số bằng một bộ chuyển đổi analog-số (ADC)
1.1.5.Sơ đồ chân module MAX30102
Figure 4: Sơ đồ chân module MAX30102
• INT: Chân ngắt (interrupt), được sử dụng để kích hoạt ngắt trong các sự kiện
• IRD: Chân dữ liệu hồng ngoại, đây là chân dữ liệu đầu ra hồng ngoại từ cảm biến
• RD: Chân dữ liệu LED đỏ, dùng để đo nồng độ oxy (SpO2) và nhịp tim
1.1.6.Ưu nhược điểm của module MAX30102 a Ưu điểm:
• Độ chính xác cao: Cảm biến MAX30102 có khả năng đo lường chính xác nhịp tim và nồng độ oxy trong máu nhờ vào công nghệ quang học tiên tiến và các thuật toán xử lý tín hiệu
• Tính tích hợp cao: Cảm biến này tích hợp đầy đủ các thành phần cần thiết, bao gồm LED, photodetector, và mạch khuếch đại tín hiệu, giúp giảm kích thước và đơn giản hóa thiết kế hệ thống
• Tiêu thụ năng lượng thấp: MAX30102 được thiết kế để tiêu thụ năng lượng tối thiểu, phù hợp cho các ứng dụng di động và thiết bị đeo
• Giao tiếp I2C: Cảm biến hỗ trợ giao thức I2C, giúp dễ dàng tích hợp với các vi điều khiển và hệ thống nhúng khác
• Khả năng loại bỏ nhiễu: Với các bộ lọc số tích hợp, MAX30102 có khả năng loại bỏ nhiễu từ môi trường và các yếu tố ngoại vi, đảm bảo tín hiệu đo được ổn định và đáng tin cậy b Nhược điểm:
• Nhạy cảm với vị trí và áp lực: Độ chính xác của cảm biến phụ thuộc nhiều vào vị trí đặt và áp lực của cảm biến lên da Điều này có thể gây ra sai số nếu không được đặt đúng cách
• Giới hạn trong đo lường: MAX30102 có thể gặp khó khăn khi đo lường trong các tình huống có ánh sáng môi trường mạnh hoặc khi người dùng có làn da dày hoặc sẫm màu, ảnh hưởng đến khả năng đọc tín hiệu
• Phụ thuộc vào thuật toán: Độ chính xác của các phép đo cũng phụ thuộc nhiều vào các thuật toán xử lý tín hiệu và lọc, đòi hỏi sự tinh chỉnh và tối ưu hóa trong phần mềm
LỜI KẾT
Sau quá trình nghiên cứu và phát triển, đề tài "Thiết kế mạch đo nhịp tim và nồng độ oxy trong máu" đã đạt được những kết quả khả quan Em đã thiết kế và chế tạo thành công một thiết bị có khả năng đo lường hai chỉ số quan trọng này với độ chính xác cao và dễ sử dụng Thiết bị không chỉ đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra ban đầu mà còn mở ra hướng phát triển mới cho các ứng dụng theo dõi sức khỏe cá nhân
Quá trình thực hiện đồ án đã giúp em tích lũy được nhiều kiến thức và kỹ năng quý báu, từ việc nắm bắt công nghệ cảm biến, thiết kế mạch điện tử, đến phân tích và xử lý tín hiệu Đặc biệt, em đã có cơ hội áp dụng các kiến thức lý thuyết vào thực hành, giải quyết những vấn đề phát sinh và học hỏi từ những thất bại trong quá trình phát triển sản phẩm
Tuy nhiên, do giới hạn về thời gian và nguồn lực, thiết bị vẫn còn một số hạn chế cần được khắc phục trong tương lai Em nhận thấy rằng cần có sự cải tiến về thiết kế mạch để giảm thiểu nhiễu tín hiệu, cũng như tối ưu phần mềm xử lý để tăng cường độ chính xác và tính ổn định của thiết bị
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Vũ Sinh Thượng và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ và đóng góp ý kiến trong suốt quá trình thực hiện đồ án
Hy vọng rằng, với những kết quả đạt được từ đề tài này, em có thể đóng góp một phần nhỏ vào sự phát triển của lĩnh vực công nghệ y tế và giúp cải thiện chất lượng chăm sóc sức khỏe cho cộng đồng
Xin chân thành cảm ơn!